일반상대성 이론(The General Theory of Relativity)

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1 일반상대성 이론(The General Theory of Relativity)
가속좌표계 관성좌표계(관성계) : 정지 또는 등속운동하는 관찰자를 기준으로 정한 좌표계 (관성법칙 성립하는 좌표계) 가속좌표계(가속계, 비관성계) : 가속운동을 하는 관찰자를 기준으로 정한 좌표계 관성력(inertial force) : 가속운동을 하는 좌표계 내의 관찰자가 관성에 의해 느끼는 가상적인 힘 mg 물의무게 ↓ 압력 ↑-mg(관성력) mg(관성력)↑ o 압력 x 무중력상태(weightless) stop g↓ g↓

2 일반상대성 이론(The General Theory of Relativity)
※ 일반상대성이론 - 등가원리를 바탕으로 한 중력효과 포함 - 관성계와 비관성계 모두 포함 중력질량과 관성질량 중력질량 – 물체에 작용하는 중력의 크기를 비교하여 측정한 질량 관성질량 – 물체에 일정한 힘을 작용, 얻은 가속도를 비교하여 측정한 질량 2. 등가원리 - 가속좌표계 안에 있는 관측자와 중력장 내에 있는 관측자가 관측한 물리현상은 서로 구별되지 않음(중력질량 = 관성질량) 3. 중력에 의한 공간의 휘어짐 Einstein – 중력을 힘이 아닌 공간의 굽어짐으로 설명

3 일반상대성 이론(The General Theory of Relativity)
3. 중력에 의한 공간의 휘어짐 - 빛의 휘어짐 중력 렌즈(lens) 현상 Einstein 의 십자가 (은하와 퀘이사) ※ An outside observer sees a horizontally thrown ball travel in a straight line.  Since the ship is moving upward while the ball travels horizontally, the ball strikes the wall somewhat below a point opposite the window.   To an inside observer, the path of the ball bends as if in a gravitational field.

4 일반상대성 이론(The General Theory of Relativity)
4. 중력에 의한 시간 팽창 원판(on) – 시계 1 : no 관성력 시계 2 : 관성력 (중력 by 등가원리 → “time dilation”) 원판(outside) – 시계 1 , 시계 3 : stop 시계 2 : moving (“time dilation”) ※ 각도(degree)의 변환 원의 중심각 = 360˚(degree) 1 ˚(degree) = 60‘(minute) 1 ‘(minute) = 60”(second) 1 ˚(degree) = 3600”(second)

5 일반상대성 이론(The General Theory of Relativity)
※ 일반상대성 이론의 적용 1. 수성(Mercury)의 세차운동(precession) 세차운동 : 타원축이 회전하면서 근일점의 위치가 변하는 운동 근일점 이동 : 5557”/100 years(이론) 5600”/100 years(관측) 오차 ~ 43”/ 100 years → “ 일반상대론에 의한 시공간의 왜곡현상 도입 설명” - 2. 관측된 빛의 휘어짐 → Eddington(일식 때 태양 근처의 별빛의 휘어짐 관측) 3. 위성(satellite)과 지상의 시간 오차 → 중력의 차이에 의한 시간 팽창 4. 중력에 의한 적색편이(red shift) 중력 → 시간팽창 → 진동수 감소 → 파장 적색편이 : 입증 – Pound, Rebka(하버드 대학) ※ → “doppler 효과에 따른 적색편이와는 구별”

6 일반상대성 이론(The General Theory of Relativity)
5. 블랙홀(Black Hole) : celestial body with very large mass → 공간의 극단적 휘어짐 빛마저 흡수(not visible) – M ~ mass of sun, R ~ r/300 of sun ※ 별의 붕괴(decay) : 핵융합에 의한 발산 압력 > 질량으로 인한 중력수축 백색왜성(white dwarf) ~ M of 태양 질량 중성자별(neutron star) – (1.4~3)M of sun 블랙홀(black hole) – 3M of sun ex) 백조자리 Cyg X-1 근처 매우 큰 중력 시간 팽창 → 특정 경계 : 사건의 지평면 크기 : 특이점~사건의지평면 : 슈바르츠실트(Schwarzchild) 반지름 종류 : 원시블랙홀(미니블랙홀) – big bang 후 균일하지 않은 높은 밀도에서 중력으로 형성 M ~ 10^13 g 이하 별블랙홀 – 태양보다 큰 별이 진화과정에서 붕괴하여 형성 M ~ 수 십 배 of sun 거대블랙홀 – 은하 및 은하 무리가 붕괴하여 형성 M ~ 10^10 배 of sun 관측 : 별기체 층이 블랙홀로 흡수될 때 고온상태에서 X-선 방출 ※ X-선 : 전자가 금속에 충돌 시 발생 기체온도 증가 시 에너지준위 차로 발생 λ~ (0.01~ 10)nm

7 일반상대성 이론(The General Theory of Relativity)
6. 중력파(gravitational-wave) 전하(charge)의 진동 → 전자기파(electromagnetic wave)! 큰 질량의 천체 진동 → 중력파 ! : 시공간의 일그러짐으로 만들어진 wave - 천체 내부상황 확인 용이 not detected yet 진폭(amplitude) ~ 10^-20 m 이하 v ~ c 횡파 투과성 → large(지구 관통), 검출(detect) 어려움! 측정 웨버(Weber) – 처음 시도, f ~ 1660 Hz, 측정결과 인정 X LIGO(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) - 레이저의 간섭을 이용한 중력파 검출 장치(지상) 미국(2002) GEO600 - 홀로그래피(holography) 이용 관측 독일(2005) VIRGO(예정) - LIGO 보다 10 배 이상 정밀 LISA(Laser Interferometer Space Antenna) - 대기권 밖 3 개의 장치 500만 km 떨어진 이등변삼각형(태양 공전) 주파수 낮은 중력파 검출 ex) 펄사의 중력파 초신성(supernova)의 중력파